Стр.202-301 (Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 2 (1972))

участка кривой электронной настройки Это же условие обеспечивает изменение генерируемой мощности при частотной модуляции не более, чем в два раза (наздб). Хотя парис 5.37, б показана людуляция пилообразным напряжением, вполне возможно использование спиусоидального напряжения. Частота модулирующего сигнала может изменяться в очень широких пределах — от диапазона звуковых частот до частот порядка десятков мегагерц. Предел повышения модулирующей частоты ставится переходными процессами клистроиа. Все трн рассмотренных вида модуляции отражательных клистронов — ампли. тудная с использованием симметричного меаидра, импульсная и частотная— широко применяются в технике СВЧ Иногда находят применение и другие виды модуляции, например, импульсная модуляция по отношению к ускоряющему электроду клнстроиа.

Этот вид модуляции позволяет получить от клистрона более высокую мощность при сохранении неизменной вредней рассеиваемой мощности. б. Области применения отражательных клисгроноа Преимуществами отражательных клистронов в сравнении с другими маломощными генераторами СВЧ являются простота конструкции и простота настройки, хорошие модуляционные характеристики и существование электронной настройки, не требующей затраты мощности. Важными достоинствами отражательных клистронов явля. ются их высокая механическая прочность и надежность. Наиболее типичными областями применения отражательных клистронов являются гетеродины сверхвысокочастотных приемников и измерительные генераторы, используемые при лабораторных исследованиях и при испытаниях аппаратуры СВЧ. Отражательные клистроны применяются также в качестве маломощных передатчиков в радиорелейной, радионавигационной и телевизионной аппаратуре, в качестве генераторов накачки для параметрических усилителей СВЧ и т.

д. Мощность, которая требуется от гетеродинного генератора для работы кристаллического смесителя, составляет примерно 20 лгвпт. Именно такая или несколько ббльшая мощность характерна для отражательных клистронов гетеродинного класса (см. табл. 5.3, № 2). Важную роль играет уровень шумов на допплеровских частотах, а также на частотах, отстоящих от основной частоты на величину, равную промежуточной частоте СВЧ приемника (обычно несколько десятков мегагерц). Шумы гетеродина могут заметно снизить чувст.

вительность приемника. Типичная величина шумов современных отражательных клистронов на частотах, отстоящих на 1Π— 100 Мгц, составляет 155 †1 дб!гц. При использовании отражательных клистронов в качестве измерительных генераторов обычно требуется несколько ббльшая мощность, чем отклистровов гетеродинного класса, — порядка сотен милливатт.

Наконец, мощность клистронов, используемых в радиорелейных генераторах, доходит до нескольких ватт (см. табл. 5.3, № 3), Отражательные клистроны относятся к наиболее массовым электронным приборам СВЧ. Тем не менее, можно ожидать, что они будут встречать в ближайшее время серьезную конкуренцию со стороны успешно развивающихся твердотельных генераторов СВЧ— транзисторных генераторов с умножительными цепочками, генераторов Ганна, лавинно-пролетных диодов н др.

Достоинствами этих приборов являются более низкие питающие напряжения и связанное с этим уменьшение веса источников питания, а также (в перспективе) более высокая надежность. Наряду с этим отражательные клистроны обеспечивают на однн-два порядка меньший уровень шумов, а также обладают рядом преимуществ, связанных с простотой настройки, диапазоном частот и др. Можно полагать, что вопрос о выборе между отражательными клнстронами и твердотельными приборами будет решаться по-разному для различных классов радиоэлектронной аппаратуры. Успехи в развитии твердотельных генераторов приводят к новому совершенствованию отражательных клнстронов. ГЛАВА ШЕСТАЯ ЛАМПЫ БЕГУЩЕП ВОЛНЫ ТИПА О й ЗЛ. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛБВ ТИПА О В основе усилительных и генераторных ламп бегущей волны в широком смысле слова лежит длительное взаимодействие электронов с бегущей электромагнитной волной, распространяющейся в иерезонансной колебательной системе.

Этим лампы бегущей волны значительно отличаются от приборов СВЧ, использующих резонансные колебательные системы, — триодов, клистронов и магнетронов. Однако, как было показано в 5 2.4, г, 2.8, г и 3.4, в лампах бегущей вол. ны происходят те же основные электронные процессы, что и в других генераторных и усилительных приборах, — группировка электронов и отдача энергии электронов, приобретенной ими от постоянного электрического поля, полю сверхвысокой частоты. Особенно близкими к лампам бегущей волны являются магнетроны, рассматривае. мые в гл.

7. Важным преимушеством ламп бегущей волны, как усилителей, является их широкополосность. В самом деле, во всех усилительных приборах с резонансной колебательной системой рабочая полоса ча. стот ограничивается нагруженной добротностью используемого ко. лебательного контура или системы контуров. В лампах с нерезонансной колебательной системой этого основного ограничения не существует. Это же обстоятельство проявляется и при использовании ламп с длительным взаиьюдействием в качестве генераторов. Основным достоинством их является широкий диапазон электронной настройки, значительно превышающий лучшие результаты, которые могут быть получены с большинством генераторов резонансного типа. Зля длительного взаимодействия электронов с электромагнитным полем необходимо соблюдать условия фазового синхронизма, т.

е. приблизительного совпадения скорости электронов оь с фазовой скоростью волны о,: (6.1) При этом предполагается, что направление движения электронов совпадает с направлением фазовой скорости волны. Условие (6.1) можно наглядно получить из рассматривавшихся в гл. 2 рисунков 2.13, 2.31 и 2.32, где показаны нерезонансные устройства для скоростной модуляции и отбора энергии от сгруппированного электронного потока в поле бегущей волны.

Поскольку скорость электронов всегда меньше скорости света с в свободном пространстве, условие (6.!) предполагает, что фазовая скорость взаимодействующей с электронами волны также меньше с. Это означает, что электроны должны двигаться в поле залгидлениой электромагнитной волны. В большинстве ламп бегущей волны используются замедляющие системы — волноведущие структуры, удовлетворяющие условию оо <" с. Типичная величина коэффициента замедления составляет примерно от 2 до 50.

Как известно [1[, поле периодических замедляющих систем содержит бесчисленное множество одновременно существующих прямых и обратных пространственных гармоник, имеющих различные фазовые скорости и бегущих по системе как в направлении движения электромагнитной энергии, так и в противоположном направлении. Подбирая скорость электронов ие и направление их движения, можно удовлетворить условию синхронизма (6.1) для одной из пространственных гармоник. Таким образом, электронный поток может взаимодействовать как с прямыми, так и с обратными волнамне.

Приборы, в которых электронный поток взаимодействует с основной прямой замедленной волной или с положительной пространственной гармоникой, называются лампами прялгой волны. За этими приборами закрепилось название лампа бегущей вины или лампа с бегущей волной (сокращенно ЛБВ), несмотря на то, что лампами бегущей волны в широком смысле являются все приборы рассматриваемого класса. Приборы, в которых используется взаимодействие электронов с обратными волнами (отрицательными пространственными гармониками), появились позднее и получили название ламп обратной волны (сокращенно ЛОВ). Отличительной особенностью ламп прямой волны является то, что направление движения электронов совпадает с направлением движения энергии по замедляющей системе. В лампах обратной волны электронный поток двигается навстречу потоку энергии. Эти особенности определяют расположение входа и выхода СВЧ сигналов. В лампах прямой волны вывод энергии расположен со стороны коллектора, в то время как в ЛОВ вывод энергии находится на конце замедляющей системы, обращенном к электронной пушке (см.

рис. 2.13). Лампы прямой и обратной волны подразделяются на две основные группы, различающиеся направлением н назначением постоянного магнитного поля. К первой группе так называемых приборов типа О относятся лампы с продольным магнитным полем, служащим только для целей фокусировки прямолинейного электронного пучка. Такую же роль магнитное поле играет в пролетных клистронах, рассматривавшихся в гл.

5. Поэтому клистроны, подобно ЛБВ и ЛОВ, также относятся к группе приборов типа О. Вторая группа ЛБВ и ЛОВ называется приборами типа М и отличается тем, что постоянное магнитное поле является поперечным. Электроны в лампах М-типа ' Напомним, что прямые и обратные волны (гармоники) ни в коем случае не следует смешивать с падающей и отраженной волнами, бегущими по любой передающей линии н соответствующими двум потокам энергии: от генератора к нагрузке и от нагрузки к генератору. 3 3 ий — — с жс— )/(2па)а+ Вх 2па (6.2) Последнее уравнение можно представить также в виде пй —— сз(птр, (6.2а) ' Буквенные обозначения О и М для приборов с продольными и поперечными магнитными полями заимствованы из французской терминологии. двигаются в постоянных скрещенных электрическом и магнитном полях, как в обычных магнетронных генераторах.